3D-älykameran soveltaminen miehittämättömän maa-ajoneuvon autonomiseen ohjaukseen ja lastinkäsittelyn automatisointi

Abstract

Rakkatec Oy kehittää, suunnittelee ja valmistaa miehittämättömiä maastoajoneuvoja (UGV), joita ohjataan radioyhteyksillä lähietäisyyksiltä. Ajoneuvon alusta on herättänyt mielenkiintoa kriisienhallintatehtävissä, mm. katastrofialueille avun toimittamiseksi, metsäpalojen sammutustöissä ja muissa tehtävissä, joihin ihmisen lähettäminen koneen mukana olisi hengenvaarallista tai mahdotonta. Yksi tärkeimmistä ominaisuuksista etäohjauksen lisäksi on laitteen kyky paikantaa, noutaa ja toimittaa erilaisia operaatioihin tarvittavia moduuleita ilman operaattorin näköyhteyttä. Valmista järjestelmää kyseiseen tarpeeseen ei ole löytynyt markkinoilta.

Tässä insinöörityössä asennettiin ajoneuvon alustalle tarvittava laitteisto ja suoritettiin ohjel-mointityö, sisältäen lähietäisyydellä olevan moduulin havaitseminen 3D-älykameralla, ajoneuvon siirto autonomisesti nostopaikalle, moduulin autonominen nosto tai lasku asematietoon perustuen tai operaattorin pyynnöstä ilman näköyhteyttä.

Toteutuksessa hyödynnettiin IFM O3M 251-älykameraa ja IFM CR1083-näyttömoduulia, kahta IFM O3M-älykameralle kehitettyä apuohjelmaa ja omaa ohjelmaa, joka prosessoi tietoa ja välittää tarvittavat ohjaustiedot koukkulaitteen ja alustan logiikoille. Lavan käsittelyyn käytettiin CPS-koukkulavanostinta, joka varusteltiin tarvittavilla antureilla ja automatisoitiin Technionin TEC132 logiikalla Codesys 2.3-versiolla. Alustana käytettiin Rakka 3000 nivelohjattua hydrostaattista alustaa, jolle asennettiin tarvittava runkonivelen asennon mittaus, ja koukkulaitteiston tarvitseman hydrauliikkapaineen ulosotto kytkettiin alustan proportionaaliventtiiliryhmään.

Rakkatec OY develops, designs and manufactures UGV (Unmanned Ground Vehicles) which are controlled at a close range via radio controllers of the customers choice. The vehicle has aroused interest especially in the fields of crisis control, e.g. the delivery of supplies to catastrophe areas, forest fire extinguishing and many other missions where sending people with a machine would be extremely dangerous or possibly fatal. A very important feature required for an efficient operation, is the ability to recognize, retrieve and deliver different types of modules essential for a successful mission, without a visual contact and operator interaction. At the moment, however, there are no setups with the needed abilities available on the market.

The required hardware and software were installed during this project that enable a close range detection of a module, transportation of the vehicle to the destination, lifting and dropping of module.

In the implementation, an IFM O3M 251 Smart Sensor and IFM CR1083 Graphic Display Module are utilized along with two IFM demo programs developed for a reflector recognition and a custom, self developed program for the guidance of the UGV. The module is programmed to process data received from the camera system and transmit the needed guidance messages to the logics of the CPS hooklift and UGV. For module handling, a CPS hooklifting device is installed with sensors required to meet the automation demands and controlled by a Technionin TEC132 logic controller and programmed in the Codesys 2.3 programming enviroment. The UGV is the articulate-steered and hydrostatic driven Rakka 3000. The articulated steering is supplied with a position sensor. Hydraulic pressure for the hooklift is supplied using a proportional hydraulic valve from the vehicle.